2017年同济大学传热学与工程热力学综合之传热学复试实战预测五套卷
● 摘要
一、简答题
1． 速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。
【答案】这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）。通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，记为
2． 试说明数的物理意义。及各代表什么样的换热条件？有人认为，绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？
【答案】（1）（2
）①求解；②
（3）认为
数的物理意义是物体内外热阻之比的相对值。
时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。
代表绝热工况是不正确的，
的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，
代表了
而绝热工况下边界热阻无限大。 3 “热对流”与“对流换热”是否为同一现象？试以实例说明。对流换热是否属于基本的传热方式？ ．
【答案】（1）热对流与对流换热是两个不同的概念，属于不同现象。
（2）其区别为:①热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式；②对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用，由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象；③对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。
（3）工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。
4． 用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量？打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别？
【答案】（1）用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水散发热量的方式:①水壶与地面间以导热方式传递热量；②水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；③壶嘴以蒸发方式散发热量。
（2）打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，因此打开水壶盖相对于盖上水壶盖冷却得更快。
5． 试说明集总参数法的物理概念及数学上处理的特点。
【答案】（1）集总参数法的物理概念是指当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数；
（2）集总参数法数学上处理的特点：数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。
6． 以任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热，这对物体表面做了哪些基本假设？
【答案】推导角系数的三条假设是:
； （1）换热表面为非凹表面（排除表面自身辐射换热的情况）
（2）换热表面为漫福射表面，即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关；（3）物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀，发射率及反射率均匀。
二、计算题
7． 采用一个大型制冷系统-15℃的盐水来冷却某大楼空调设备中需要冷却的水，制冷量为105kW 。从空调设备表冷器中出来需要予以冷却的水，以10℃的温度进入一个管壳式换热器。该换热器使冷却水的出口温度不低于5℃，传热系数为动，试画出以盐水出口温度为函数的换热器面积曲线。
【答案】为计算简便，假设换热器按逆流方式运行，则:
如果被冷却的水于管内流
列表计算结果如下表:
表
为一对数曲线。
8． 写出直角坐标系下二维常物性、无内热源非稳态导热微分方程的显式差分格式，并给出数值求解的稳定性条件（空间方向采用均分网格，中心差分格式）。
【答案】二维常物性、无内热源非稳态导热微分方程式为：
对非稳态项采用向前差分：扩散项均采用中心差分，即：
于是，节点离散方程为：
因
整理得：
欲使离散方程稳定，应满足等式右边各项系数不小于零，即：
9． 一初始温度为的固体，被置于室温为的房间中。物体表面的发射率为表面与空气间的表面传热系数为h 。物体的体积为V ，参与换热的面积为A ，比热容和密度分别为c 及热阻可略而不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。
【答案】该物体在冷却或加热过程中，与周围流体间存在对流换热，与周围环境间存在辐射换热。设环境温度与流体温度相等，则单位时间内对流换热量分别表示为：
由热平衡方程：
注意：当物体被冷却时，
但
故
代入热平衡方程，得：
初始条件：
但
故
当物体被加热时，
这就是热平衡方程等式左边加上“﹣”的原因。
辐射换热量
和内能增量
可
物体的内